使用GaN HEMT設備最大化OBCs的功率密度

隨著電動汽車（EVs）的銷售量增長，整車OBC（車載充電器）的性能要求日益提高。原始設備制造商正在尋求最小化這些組件的尺寸和重量以提高車輛續航里程。因此，我們將探討如何設計、選擇拓撲結構，以及如何通過GaN HEMT設備最大化OBCS的功率密度。

目前，使用硅設備可以實現2 kW/L的功率密度。寬帶隙設備可能使其能夠實現超過6 kW/L的功率密度，這將是3倍的提升。因此，將這個數字作為使用GaN HEMTs設計三相11 kW OBC的目標功率密度是合理的方向。

OBC的挑戰與拓撲結構選擇

設計高功率密度OBC的主要挑戰在于寬輸入和輸出電壓范圍的規定。全球的電網電壓各不相同，這對PFC整流器階段的設計增加了復雜性。而輸出電壓范圍取決于EV電池電壓，這對DC/DC階段也提出了挑戰。

平衡這些要求意味著在硬開關損耗或增加RMS電流之間做出選擇，但這兩種情況都不可取。此外，隨著越來越多的可再生能源電力開始向電網供電，聯網電動汽車提供的峰值功率動態調整被是穩定電網的一種手段，也是OBC要滿足的需求，這進一步使設計任務復雜化，因為OBC現在還需要雙向功率處理。

OBC設計特性

通過在設計中引入三個關鍵特性，使得更高的功率密度成為可能。首先，使用操作在560 kHz的創新的1/3-PWM協同調制方案，使用DC-DC階段來控制DC-Link電壓，因此在AC/DC階段，一次只有三相中的一個在切換。其次，通過在輸入和輸出電壓范圍內使用自由度的占空比、相位差和開關頻率，DABs可以在大范圍內實現ZVS（零電壓開關）。最后，與硅和碳化硅設備相比，GaN GIT HEMT設備對于同樣的導通電阻來說，輸出電容較小，從而使全ZVS在較低電流級別就可以實現。

GaN HEMTs的優勢

GaN HEMTs具有適合高頻率操作的固有特性，可以在硬開關和軟開關模式下操作。這使得它們能夠用于先進的調制和控制方案，使設計在具有高功率密度的條件下，實現寬輸入和輸出電壓范圍。這些設備將使得實現EV的下一代OBC充電器所需的功率密度水平成為可能。